Infrarot-LED Damit Virtual und Augmented Reality möglich werden

Autor / Redakteur: Bianka Schnabel * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Virtual und Augmented Reality heben die Benutzerführung auf eine neue Stufe. Möglich wird die Technik unter anderem durch IR-LEDs, deren Licht von Kameras erfasst und mit Algorithmen ausgewertet werden.

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Virtuelle Realität: Um den Anwender im Raum zu erkennen, kommen Infrarot-LEDs zum Einsatz. Über Algorithmen wird die Bewegung ausgewertet.
Virtuelle Realität: Um den Anwender im Raum zu erkennen, kommen Infrarot-LEDs zum Einsatz. Über Algorithmen wird die Bewegung ausgewertet.
(Bild: Osram Opto Semiconductors)

Fast sieht es aus wie eine Art Tanz, wenn jemand ein Virtual- oder Augmented-Reality-System bedient. Mit Headset oder Brille ausgestattet, bewegt man sich im Raum und führt mit den Händen in der Luft verschiedene Gesten aus, die sich einem außenstehenden Betrachter zunächst nicht erschließen. Dahinter stecken die aktuell wohl intuitivsten Bedienungsformen für Computerspiele oder für Software ganz allgemein. Meist mit Hilfe von infrarotem Licht verfolgen Sensoren verschiedene Parameter wie Position, Bewegung oder Gesten der Anwender, auf die das System dann entsprechend reagiert oder sie sogar in das Geschehen integriert.

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Virtual und Augmented Reality reagieren auf die Aktionen des Anwenders

Im Gegensatz zu den Eingabegeräten wie Smartphones oder Tablets, gehen Virtual Reality und Augmented Reality dazu über, ihre Nutzer zu beobachten und direkt auf deren Aktionen zu reagieren oder sie in das Geschehene zu integrieren. Voraussetzung für die Interaktion sind Infrarot-Lichtquellen mit Wellenlängen von 850 nm. Sie sind für den Anwender nicht sichtbar, passen jedoch zu der spektralen Empfindlichkeit der Kamera. Ausgewertet wird mit Algorithmen.

Vollständig in eine andere Welt tauchen Anwender bei der Virtual Reality (Virtuelle Realität = VR) ab. Die Systeme erzeugen eine künstliche Umgebung und integrieren die Anwender als aktive Teilnehmer. VR-Angebote richten aktuell noch überwiegend an den Spielemarkt, aber die Liste industrieller Anwendungsmöglichkeiten ist lang. Beispiele reichen von virtuellen Rundgängen im Urlaubsressort oder der neuen Immobilie über Städteplanung bis hin zu Trainingsumgebungen für komplexe Arbeitsgebiete.

Technisch bestehen VR-Systeme aus einem Headset mit zwei Lupenlinsen, hinter denen dieselbe Szenerie aus zwei verschiedenen Perspektiven dargestellt ist. So entsteht für die Anwender ein räumlicher Eindruck. In vielen Systemen dient das eigene Smartphone als Display, während die Kopfbewegungen der Nutzer über Sensoren im Smartphone oder im Headset erfasst werden. Seit kurzem machen Geräte mit speziellen Head-up-Displays von sich reden. Sie schotten die Nutzer optisch vollständig von ihrer realen Umgebung ab und sind an leistungsfähige Spielecomputer oder -konsolen angeschlossen. Mit speziellen Sensoren verfolgen sie die Position und Orientierung der Nutzer im Raum, erfassen teilweise separat die Handbewegungen und übertragen diese Informationen in die virtuelle Realität. Die Anwender finden sich vollständig im Geschehen wieder, sie sehen beispielsweise ihre Hände und können Gegenstände greifen.

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Infrarotes Licht der LED wird von Kameras erfasst

Um die Bewegungen der Nutzer im Raum zu erfassen, kombinieren diese Systeme Infrarot-Licht mit Kameras oder Photodetektoren. Eine Möglichkeit besteht darin, rund um das Headset infrarote LEDs zu montieren, die ein bestimmtes Muster an Lichtpunkten abstrahlen. Eine Frontkamera erfasst die Lichtpunkte und Algorithmen berechnen aus der Veränderung des Punktmusters die Bewegung und Position des Anwenders. Als Lichtquelle eignen sich kompakte und effiziente Sender, die möglichst wenig Streulicht erzeugen.

Als Wellenlänge bietet sich 850 nm an, denn das ausgesandte Licht soll für die Anwender möglichst nicht sichtbar sein, aber zu der spektralen Empfindlichkeit der Kamera passen. Eine gute Wahl ist beispielsweise die Chipled SFH 4053 mit den Maßen 1,0 mm x 0,5 mm x 0,45 mm. Bei einem Strom von 70 mA liefert die Infrarot-LED eine optische Leistung von 35 mW.

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